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2017 年度 実施状況報告書

ネナシカズラが宿主と交信しながら吸器形成・花成を進める茎寄生戦略の分子解剖

研究課題

研究課題/領域番号 17K19374
研究機関東北大学

研究代表者

西谷 和彦  東北大学, 生命科学研究科, 教授 (60164555)

研究期間 (年度) 2017-06-30 – 2020-03-31
キーワードネナシカズラ / 茎寄生 / 吸器形成 / 核内倍加 / 花成
研究実績の概要

ネナシカズラ属100種以上の植物は根は葉を分化させず、茎のみを分化させ、それで宿主に巻き付き、吸器という寄生器官を発生させて自身の維管束を宿主の維管束に連結し、水と養分を宿主の維管束より調達しながら、開花、結実して種子を土壌に散布して繁殖する。茎寄生のメカニズムは、古くより注目されながら今尚、未解明の重要な課題である。研究代表者はこれまでにアメリカネナシカズラを実験室内で継代維持して、シロイヌナズナやタバコに寄生させる実験系を確立し、全ゲノムデータベースを整備し、吸器組織形成過程のRNAseq解析を行い、研究リソースを整備してきた。本研究の目的は、この独自のリソースを活用して、アメリカネナシカズラが宿主と交信しながら吸器を分化させて栄養成長・生殖成長を進める一連の過程を分子解剖することである。
そのために1.宿主に巻きついた後の吸器形成過程、2.吸器による宿主との維管束連結、3.寄生成立後の開花のタイミングの制御、の三つの過程に着目して、それぞれの研究項目について、宿主/寄生種間の交信に着目して解析を進めた。その結果、1の研究項目については、宿主に巻ききつくことにより発生する力学的応力がKRP1やCCS52A1、CYCA2など発現の制御を通して二段階の核内倍加を惹起すること、また、そのうちの2回目の核内倍加は、宿主が生産するエチレンを介したCYCA2の発現の減少が促進的に働き、吸器の宿主への侵入を促していることを明らかにした(論文投稿中)。2の研究項目についてはRNAseqデータのクラスタリング解析により、吸器形成に関わる宿主と寄生主の両者の維管束誘導に関する候補因子の検索を進めた。3の研究項目についてはアメリカネナシカズラの2種のFT、CcFT1, CcFT2を同定し、CcFT2が開花の促進因子として、CcFT1が抑制因子として働くことを示す結果を得た。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

1の研究項目については、宿主に巻きつくことにより発生する力学的応力がKRP1やCCS52A1、CYCA2など発現の制御を通して二段階の核内倍加を惹起すること、また、そのうちの2回目の核内倍加は、宿主が生産するエチレンを介したCYCA2の発現の減少が促進的に働き、吸器の宿主への侵入を促していることを明らかにした。これにより、寄生主であるアメリカネナシカズラが宿主に巻きつくことにより発生する力学的な応力が、寄生主内では、二回の核内倍加を誘導すると同時に、宿主内では、エチレン合成酵素の誘導を介して、寄生主内でのCYCA2の発現を抑制することにより、2回目の核内倍加を促進し、寄生効率を高めている戦略を明らかにすることができた。
2の研究項目についてはRNAseqデータのクラスタリング解析により、吸器形成に関わる宿主と寄生主の両者の維管束誘導に関する候補因子の検索を進めると同時に、それらの機能をin vitroの系で検証するための実験系の構築をほぼ終了し、この方法を用いることにより、宿主であるシロイヌナズナと寄生主であるアメリカネナシカズラの両者の因子の相互作用の解明が期待できる。3の研究項目についてはアメリカネナシカズラの2種のFT、CcFT1, CcFT2を同定し、CcFT1がシロイヌナズナの開花の促進機能を持たないこと、CcFT2が開花の促進因子としての機能を持つこと、をそれぞれシロイヌナズナの形質転換体を用いて実証した。また、CcFT1とCcFT2を過剰に発現させたタバコを宿主として、アメリカネナシカズラを寄生させる実験系を確立し、機能の実証を進めつつある。

今後の研究の推進方策

引き続き仮説1-3の検証のための研究項目1、2、3を進めると同時に、ネナシカズラ特異的遺伝子の機能解析を開始し、茎寄生戦略の基盤となるキー因子の同定を目指す。 この二つのアプローチの成果を統合し、茎寄生過程のキーとなる寄生主/宿主の分子間交信過程を分子解剖し、茎寄生植物が進化させてきた「茎寄生戦略の構造」の解明を目指す。

  • 研究成果

    (29件)

すべて 2018 2017 その他

すべて 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 1件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (19件) (うち国際学会 7件、 招待講演 1件) 図書 (2件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] 18) 新規酵素、エンド型セルロース転移酵素(CET)を用いた高機能性セルロース素材作出の可能性について2018

    • 著者名/発表者名
      西谷和彦
    • 雑誌名

      紙パルプ技術タイムス

      巻: 61 ページ: 63-68

  • [雑誌論文] セルロース分子を繋ぎ換える酵素の発見2018

    • 著者名/発表者名
      西谷和彦
    • 雑誌名

      バイオサイエンスとインダストリー

      巻: 76 ページ: 42-43

  • [雑誌論文] The plant cell-wall enzyme AtXTH3 catalyses covalent cross-linking between cellulose and cello-oligosaccharide.2017

    • 著者名/発表者名
      Shinohara, N., Sunagawa, N., Tamura, S., Yokoyama, R., Ueda, M. Igarashi, K and, Nishitani, K.
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 7 ページ: 46099

    • DOI

      10.1038/srep46099

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Arabinogalactan Proteins Accumulate in the Cell Walls of Searching Hyphae of the Stem Parasitic Plants,Cuscuta campestris and Cuscuta japonica.2017

    • 著者名/発表者名
      Hozumi, A., Bera, S., Fujiwara, D., Obayashi, T., Yokoyama, R., Nishitani, K., Aoki, K.
    • 雑誌名

      Plant Cell Physiol.

      巻: 58 ページ: 1868-1877

    • DOI

      10.1093/pcp/pcx121

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Insights into land plant evolution garnered from the Marchantia polymorpha genome.2017

    • 著者名/発表者名
      Bowman, JL, Nishitani, K. et.al
    • 雑誌名

      Cell

      巻: 171 ページ: 287-304

    • DOI

      10.1016/j.cell.2017.09.030

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Quantitative confocal imaging method for analyzing cellulose dynamics during cell wall regeneration in Arabidopsis mesophyll protoplasts2017

    • 著者名/発表者名
      Kuki, H., Higaki, T., Yokoyama, R., Kuroha, T., Shinohara, N., Hasezawa, S., Nishitani, K.
    • 雑誌名

      Plant Direct

      巻: - ページ: 1-10

    • DOI

      10.1002/pld3.21

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Insight into strategies for plant-plant parasitism in Cuscuta campestris based on genome sequencing.2018

    • 著者名/発表者名
      Narukawa, H., Yokoyama, R., Obayashi, T., Kaga, Y., Kato, M., Kuroha, T., Nishitani, K.
    • 学会等名
      第59回日本植物生理学会年会
  • [学会発表] 洪水環境に適応した浮イネの進化におけるジベレリン合成遺伝子の関与2018

    • 著者名/発表者名
      黒羽剛,ダイアンワン,スーザンマッコーチ,横山隆亮,西谷和彦,芦苅基行
    • 学会等名
      第59回日本植物生理学会年会
  • [学会発表] アメリカネナシカズラのゲノム解読による寄生植物の適応進化メカニズムの解明2018

    • 著者名/発表者名
      横山隆亮,大林武,鳴川秀樹,加賀悠樹,加藤萌木,黒羽剛,西谷和彦
    • 学会等名
      第59回日本植物生理学会年会
  • [学会発表] アメリカネナシカズラが持つ付着器の形成に関与する遺伝子の探索2018

    • 著者名/発表者名
      藤原大輝,横山隆亮,西谷和彦,青木考
    • 学会等名
      第59回日本植物生理学会年会
  • [学会発表] Apoplastic and symplastic interactions between parasitic plants and host plants2017

    • 著者名/発表者名
      Aoki, K., Hozumi, A., Ekawa, M., Shimizu, K., Yokoyama, R., Nishitani, K.
    • 学会等名
      14th World Congress on Parasitic Plants
    • 国際学会
  • [学会発表] 植物細胞壁ペクチン成分ラムノガラクツロナンIの生合成に関与するラムノース転移酵素遺伝子の同定2017

    • 著者名/発表者名
      加藤耕平,竹中悠人,小川(大西)真理,鶴浜和奈,柳生健太,梶浦裕之,竹田篤史,黒羽剛,西谷和彦,國枝正,西村いくこ,松林嘉克,石水毅
    • 学会等名
      第36回日本糖質学会年会
  • [学会発表] ネナシカズラのゲノムから読み解く茎寄生の生命戦略2017

    • 著者名/発表者名
      西谷和彦,横山隆亮,大林武 他
    • 学会等名
      日本植物学会第81回大会
  • [学会発表] 比較ゲノム解析から見えてきた茎寄生植物ネナシカズラの形態形成メカニズム2017

    • 著者名/発表者名
      横山隆亮,大林武,鳴川秀樹,加賀悠樹,加藤萌木,黒羽剛,西谷和彦
    • 学会等名
      日本植物学会第81回大会
  • [学会発表] 浮きイネの深水応答機構における進化的考察2017

    • 著者名/発表者名
      黒羽剛,Wang Diane,Gamuyao Rico ,永井啓祐, 横山隆亮,西谷和彦,McCouch Susan R. ,芦苅基行
    • 学会等名
      日本植物学会第81回大会
  • [学会発表] 茎寄生植物ネナシカズラにおける宿主由来エチレンを介した吸器発生メカニズム2017

    • 著者名/発表者名
      鳴川秀樹,加賀悠樹,横山隆亮,黒羽剛,西谷和彦
    • 学会等名
      日本植物学会第81回大会
  • [学会発表] 細胞壁イメージングと新規の酵素機能の解析に基づく新しい細胞壁高次構造モデルの提案2017

    • 著者名/発表者名
      九鬼寛明,桧垣匠,篠原直貴,横山隆亮,黒羽剛,三上慎吾,馳澤盛一郎,西谷和彦
    • 学会等名
      日本植物学会第81回大会
  • [学会発表] 異なる光条件におけるペクチン分解酵素過剰発現イネを用いたオリゴガラクツロン酸誘導性病害応答2017

    • 著者名/発表者名
      竹内春樹,木村郷子,小原崇司,佐藤淳也,中村敦子,出崎能丈,渋谷直人,賀来華江,横山隆亮,西谷和彦,南栄一,佐藤忍,岩井宏暁
    • 学会等名
      日本植物学会第81回大会
  • [学会発表] Parasitic Plant-Host Interactions Control Endoreduplication-Mediated Cell Expansion During Haustorial Development of the Holoparasitic Plant, Cuscuta Campestris2017

    • 著者名/発表者名
      Narukawa H., Kaga Y., Takeshi Kuroha T, Yokoyama R., Nishitani K.
    • 学会等名
      Taiwan-Japan Plant Biology 2017
    • 国際学会
  • [学会発表] Quantitative Imaging Approaches to Mechanisms of Cell Wall Construction Using Arabidopsis Mesophyll Protoplasts2017

    • 著者名/発表者名
      Kuki H., Higaki T., Yokoyama R., Kuroha T, Hasezawa S., Nishitani K.
    • 学会等名
      Taiwan-Japan Plant Biology 2017
    • 国際学会
  • [学会発表] A Model for the Molecular Mechanism of Vascular Development in the Haustorium of the Parasitic Plant Cuscuta Campestris.2017

    • 著者名/発表者名
      Kaga Y., Obayashi T., Yokoyama R., Nishitani K.
    • 学会等名
      Taiwan-Japan Plant Biology 2017
    • 国際学会
  • [学会発表] Elucidation of the molecular mechanisms controlling flowering in the stem parasitic plant Cuscuta campestris.2017

    • 著者名/発表者名
      Kato M., Yokoyama R., Kuroha T., Abe M., Nishitani K.
    • 学会等名
      Taiwan-Japan Plant Biology 2017
    • 国際学会
  • [学会発表] Exploring the function of cellulose end transglycosilase (CET) in plants2017

    • 著者名/発表者名
      Mikami S., Kuroha T., Shinohara N., Yokoyama R., Nishitani K.
    • 学会等名
      Taiwan-Japan Plant Biology 2017
    • 国際学会
  • [学会発表] 浮きイネにおける洪水への適応とその進化および栽培化2017

    • 著者名/発表者名
      黒羽剛,Diane Wang,Susan R. McCouch,横山隆亮,西谷和彦,芦苅基行
    • 学会等名
      東北植物学会第7回大会
  • [学会発表] Cell Wall-Related Gene Families in Land Plants2017

    • 著者名/発表者名
      Yokoyama R., Kuroha T., Kuki H., Shinohara N., Mikami S., Nishitani K.
    • 学会等名
      第65回NIBBコンファレンス
    • 国際学会 / 招待講演
  • [図書] 農林バイオマス資源と地域利活用2018

    • 著者名/発表者名
      近藤始彦・荒井裕美子・趙鋭・西谷和彦
    • 総ページ数
      419(pp47-55)
    • 出版者
      養賢堂
    • ISBN
      9784842505640
  • [図書] テイツ・ザイガー 植物生理学・発生学 第6版2017

    • 著者名/発表者名
      西谷和彦・島崎研一郎(監訳)
    • 総ページ数
      832
    • 出版者
      講談社
    • ISBN
      9784061538969
  • [備考] 植物細胞壁の情報処理システム

    • URL

      https://www.plantcellwall.jp/#/pro

  • [備考] 東北大学生命科学研究科植物細胞壁機能分野

    • URL

      http://www.biology.tohoku.ac.jp/lab-www/nishitani_lab/

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公開日: 2018-12-17  

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